JP2005243697A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気特性を測定する際に不用意に端子ピンを曲げてしまうのを防止することができる半導体装置の提供。
【解決手段】 モジュール１のケース２内には半導体素子８が設けられており、半導体素子８の電極と制御端子４の水平部４ｂとはボンディングワイヤ９により接続されている。半導体素子８やボンディングワイヤ９や水平部４ｂはシリコンゲル５により覆われており、さらに蓋２ａを設けることによりケース２内に密閉されている。制御端子４はケース７の側壁部分を貫通して端子部２ｂの上面から外部に突出している。そして、ケース７の側壁部分には、ケース側面から制御端子４に達する孔６が形成されている。モジュール１の電気特性を測定する際には、測定用コンタクトピンを孔６に挿入して制御端子４に接触させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インバータ装置のパワーモジュール等のようにモジュールパッケージから端子ピンが突出している半導体装置に関する。

インバータ装置などに用いられるパワーモジュールにおいては、スイッチングを行うＩＧＢＴ等のパワー素子や制御ＩＣなどは絶縁性のケース内に封入され、外部導出端子として主回路用端子や制御回路用端子がケース表面から突出するように設けられている（例えば、特許文献１参照）。従来、パワーモジュールの電気特性を検査する場合には、制御回路用端子に検査装置のコネクタを差し込んだり、端子にコンタクトピンを接触させるなどして電気的接触が行われていた。

特開２００３−１７９１９６号公報

しかしながら、制御回路用端子は信号用の端子なので比較的細い金属ピンが用いられており、コネクタの抜き差しを行った際に端子ピンを曲げてしまうおそれがあった。また、静電気破壊保護のために、制御回路用端子には通常は短絡用のコネクタが装着される。そのため、コンタクトピンを用いて検査を行う場合であっても短絡用コネクタ抜き差しする必要があり、その際に端子ピンを曲げてしまう危険性があった。そして、端子ピンが曲がってしまった場合には、コンタクトピンによる電気的接触がうまく行えないことがある。

本発明は、ケース内に密封された半導体素子と、一部がケースの表面から突出するようにケース内に埋め込まれ、半導体素子に電気的に接続された端子ピンとを備える半導体装置に適用される。そして、ケースの外表面から端子ピンのケース内に埋め込まれた部分に達する孔を設けたことを特徴とする。なお、孔は端子ピン毎に設けるのが好ましい。

本発明によれば、ケースの外表面から端子ピンのケース内に埋め込まれた部分に達する孔にコンタクトピンを挿入することにより、半導体装置の電気特性を測定することが可能となり、測定の際に不用意に端子ピンを曲げてしまうのを防止することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明による半導体装置の第１の実施の形態を示す図である。本発明による半導体装置としては、例えばＩＧＢＴ等のパワー素子を用いた半導体パワーモジュールがある。図１はそのような半導体パワーモジュール１を示したものであり、（ａ）はモジュール１の外観を示す斜視図、（ｂ）は制御端子４の部分を垂直に断面したＡ−Ａ断面図である。

モジュール１を構成する各部品は樹脂製のケース２に収められており、ケース２の上部にはケース２内を密閉するように蓋２ａが設けられている。図１（ｂ）に示すように、ケース２内にはスイッチング素子であるＩＧＢＴ素子や制御用ＩＣなどの半導体素子８が基板７上に装着され、制御端子４と半導体素子８の電極とはボンディングワイヤ９により接続されている。さらに、ケース２内には、それらを覆うようにシリコンゲル５が充填されている。ケース２の表面には、電力を取り出したり、供給するすための主端子３ａ〜３ｅと制御信号用の制御端子４とが設けられている。

各制御端子４は、ケース２の側壁部分を図１（ｂ）における上下方向に貫通して端子部２ｂの上面から外部に突出している。図１（ｂ）に示すように、制御端子４の一部はケース部材内に埋め込まれ、水平に折り曲げられた部分４ｂがケース内に露出している。ケース２の端子部２ｂの外側面には、制御端子４に達する横方向の孔６が制御端子４毎に形成されている。この孔６は、モジュール１の電気特性を検査する際にコンタクトピンが挿入される検査用の孔である。

制御端子４はＣｕ系合金にニッケルメッキを施したものを型抜きし、さらに図１（ｂ）のようなＬ形状に折り曲げる。そして、図２に示すように、ケース２を樹脂成形するための成形型１０に各制御端子４をセットする。成形型１０の内側面には、各制御端子４の垂直部分と対向する位置に円柱状の突起１０ａが水平に形成されている。制御端子４を成形型１０にセットすると、突起１０ａの端面は制御端子４の側面に当接して密着する。

その後、成形型１０に樹脂を流し込んで固化させることによりケース２が形成される。固化した樹脂を成形型１０から抜くと、図１（ｂ）に示すように突起１０ａに相当する部分が孔６として残り、その孔６の底部には制御端子４の表面が露出することになる。なお、これらのコンタクト用孔６は、図１（ｂ）に示したシリコンゲル２の上面よりも高い位置に形成される。

例えば、シリコンゲル５をケース２内に充填した際に、制御端子４と樹脂との境界面にシリコンゲル５が浸入する場合がある。ところが、図１（ｂ）のように孔６の位置がシリコンゲル５の上面よりも高ければ、シリコンゲル５の境界面への浸入が生じても、制御端子４の孔６に露出している部分までシリコンゲル５が達することはない。そのため、検査の際のコンタクトピンと制御端子４との接触がシリコンゲル５によって妨げられることはない。

モジュール１の電気特性を検査する場合には、図３に示すような測定ステージ１２を用いて検査を行う。測定ステージ１２のベース部１２０には、モジュール１が載置される窪んだ載置部１２１が形成されている。ベース部１２０の側面には、コンタクトピンセット部１２２が設けられている。コンタクトピンセット部１２２には、載置部１２１にセットされたモジュール１の端子部２ｂの各孔６と対向する位置に、コンタクトピン１２３が納められた孔１２４が各々設けられている。

図４に示すようにモジュール１を載置部１２１にセットすると、コンタクトピンセット部１２２にモジュール１の制御端子４が設けられた端子部２ｂが対向する。詳細は後述するが、検査の際には孔１２４からコンタクトピン１２３を繰り出すようにする。また、ベース部１２０の内部には、セットされたモジュール１の主端子３ａ〜３ｅに接続されるバスバー１２５がそれぞれ収納されている。モジュール１を載置部１２１にセットして不図示の操作部を操作すると、バスバー１２５が各開口１２６ａ〜１２６ｅからそれぞれ起き上がり各主端子３ａ〜３ｅに接続される。

図５は図４の制御端子４の部分を垂直に断面したＢ−Ｂ断面図であり、端子部２ｂにおける制御端子４とコンタクトピン１２３との関係を示したものである。測定治具１２８に設けられたコンタクトピン１２３はコンタクトピンセット部１２２の孔１２４から水平に繰り出され、端子部２ｂの孔６に挿入されて先端が制御端子４に接触する。コンタクトピン１２３は圧縮バネ１２７により図示右方向に付勢され、所定の接触圧で制御端子４に押圧される。コンタクトピン１２３は不図示の測定装置に接続されている。

上述したように、本実施の形態では、モジュール１のケース側面に各制御端子４に対応して貫通孔６をそれぞれ形成したので、その孔６に測定プローブであるコンタクトピン１２３を挿入して制御端子４に接触させることによりモジュール１の電気特性を検査することができる。そのため、検査の際に制御端子４に対するコネクタ（保護用ソケットを含む）の抜き差しを行うことなく、コンタクトピン１２３を制御端子４に確実に接触させることができる。その際に、制御端子４の端子部２ｂから上方に突出した部分に触ることがないので、制御端子４を不用意に曲げるようなことがない。

さらに、孔６は端子部２ｂの側面に形成されているので、検査の間、図６（ａ）に示すような保護ソケット１３を端子部２ｂの上端に装着しておくことができる。保護ソケット１３を装着した状態で検査を行うことにより、制御端子４の曲がりを確実に防止することができる。

また、図６（ｂ）に示す保護ソケット１４のように制御端子４の一部（数ミリ）が上方に突出するような構成にして、さらに短絡用ソケット１５を保護ソケット１４の上部に装着するようにしても良い。短絡用ソケット１５を装着することにより、モジュール１の静電気破壊を防止することができる。また、検査時以外のときには、上述した検査用の孔６を利用して各制御端子４を短絡するようにしても良い。

なお、図７に示すように端子部２ｂの側面を大きくくり抜いて制御端子４を露出させてもコネクタピンを制御端子４に接触させることができるが、端子間に沿面放電が発生するおそれがあるので好ましくない。一方、本実施の形態では各制御端子４毎に孔６を形成しているため、端子間の沿面放電を確実に防止することができる。

上述した実施の形態では、ケース２から突出するように設けられた端子部２ｂから制御端子４が上方に突出するような構成としたが、制御端子４がケース２から直接突出している場合にも本発明を適用することができる。そして、そのような場合にはケース２の側面に孔６を形成すれば良い。

−第２の実施の形態−
図８は本発明の第２の実施の形態を示す図であり、（ａ）はモジュール１の斜視図で、（ｂ）は（ａ）の制御端子４の部分を垂直に断面したＣ−Ｃ断面図である。なお、図１に示す他モジュール１と同様の部分には同一符号を付し、以下では異なる部分を中心に説明する。端子部２ｂには第１の実施の形態と同様に制御端子４が設けら、Ｌ形状に曲がった制御端子４の水平部４ｂがケース内に露出している。

図８（ｂ）の断面図に示すように、本実施の形態ではコンタクトピン用の孔２０をケース２の底面に形成した。すなわち、ケース底面から水平部４ｂに達する孔２０が、各制御ピン４毎に設けられている。なお、図９は変形例を示したものであり、図８（ｂ）と同様の断面図である。図９（ａ）に示す第１の変形例では、制御端子４をいったん端子部２ｂ内の符号４ａの部分で階段状に折り曲げ、その下方においてさらに右方向に折り曲げて形成された水平部４ｂをケース２内に延在させるようにしている。コンタクトピン用の孔２１は制御端子４の階段状部４ａの下部に垂直に形成され、孔２１の開口はケース２の底面に開いている。

一方、図９（ｂ）の第２の変形例では、図８（ｂ）に示したものにおいて、制御端子４を挟んで孔２０に対向する位置に樹脂材を伸延させて保持部２２が形成されるようにした。この保持部２２はケース２を構成する樹脂材を制御端子４上面に乗り上げるように成型したものであり、制御端子４の水平部４ｂをケース底部から離れないように固定している。

図８および図９に示すように、第２の実施の形態ではコネクタピン用の孔２０，２１は、ケース２の底面に貫通するように垂直に形成されている。以下では、図９（ａ）の第１の変形例について詳しく説明するが、図８，図９（ｂ）の場合もほぼ同様である。

図１０は第１の変形例のケース２を成形するための成形型２３の一部を示す図であり、図２に示したものと同様の図である。制御端子４はＣｕ系合金にニッケルメッキを施したものを型抜きし、さらにそれを折り曲げて、階段状部４ａとケース２内に延在する水平部４ｂを形成する。そして、折り曲げられた制御端子４を図１０に示すように成形型２３にセットする。成形型２３には、制御端子４の階段状部４ａと対向する位置に円柱状の突起２３ａが垂直に形成されている。制御端子４を成形型２３にセットすると、突起２３ａの端面は制御端子４の階段状部４ａの下面に当接して密着する。

図１０のように各制御端子４をセットした後に成形型２３に樹脂を流し込み、樹脂を固化させるとケース２が形成される。固化した樹脂を成形型２３から抜くと突起２３ａに相当するの部分が図９（ａ）の孔２１として残り、その孔２１の底部には制御端子４の階段状部４ａの下面が露出することになる。なお、第１の実施の形態の場合と同様の理由により、孔２１の底面はシリコンゲル５の上面よりも高い位置となるように設定される。

図１１は、第２の実施の形態における測定ステージ３２の斜視図である。測定ステージ３２の場合も図３の測定ステージ１２と同様に、モジュール１がセットされる載置部３２１と、測定ステージ３２内に設けられて各開口３２２ａ〜３２２ｅから起きあがるように繰り出されるバスバー３２５とを備えている。載置部３２１には複数の孔３２３が垂直に形成されており、各孔３２３からは検査の際にコンタクトピン３２４が上方に突出される。

第１の実施の形態と同様に、測定ステージ３２の載置部３２１にモジュール１をセットして不図示の操作部を操作すると、バスバー３２５が各開口３２２ａ〜３２２ｅからそれぞれ起きあがって各主端子３ａ〜３ｅに接続される（図１２参照）。図１３は図１２の制御端子４の部分を垂直に断面したＤ−Ｄ断面図である。コンタクトピン３２４は、測定ステージ３２の裏面に取り付けられた測定治具３２７に設けられている。

モジュール１を測定ステージ３２の載置部３２１にセットすると、ケース２の裏面側に形成された孔２１の位置と載置部３２１に形成された孔３２３の位置とが一致する。そのため、コンタクトピン３２４を測定ステージ３２の孔３２３から繰り出すと、コンタクトピン３２４はケース２の孔２１に挿入されて先端が制御端子４の階段状部４ａの下面に接触する。コンタクトピン３２４は圧縮バネ３２６によって所定の力で押圧されるので、コンタクトピン３２４と制御端子４との接触が良好に保たれる。

なお、図９（ｂ）に示した第２の変形例の場合には、水平部４ｂを挟んで孔２０と反対側に保持部２２を設けたので、コンタクトピン３２４を上方に繰り出して押圧したときに水平部４ｂが変形するようなことがない。

このように、第２の実施の形態の場合も、制御端子４用の保護ソケット１４をモジュール１に装着した状態で、コンタクトピン３２４を制御端子４に接続することができる。その結果、検査工程において制御端子４を不用意に曲げてしまうのを防止することができる。また、第２の実施の形態のようにケース底面にコンタクトピン用の孔を形成する場合、制御端子４がケース中央付近から突出している場合でも、第１の実施の形態のようにケース側面に孔を形成する場合に比べて、制御端子４に達する孔を容易に形成することができる。

さらに、図９（ａ）の孔２１のようにケース２の側壁部分に底面に垂直な孔を形成した場合、ケース裏面と制御端子４のコンタクト面との距離を大きくすることができるので、制御端子４とケース裏面との絶縁性を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態では、パワーモジュールを例に説明したが、パワーモジュールに限らず半導体素子等が封入されたケースから端子ピンが突出している半導体装置であれば、本発明を適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、制御端子４は端子ピンを、保持部２２は請求項４の端子ピンの変形を防止する部材をそれぞれ構成する。

半導体パワーモジュールを示を示す図であり、（ａ）はモジュール外観の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 成形型１０の一部を示す図である。 モジュール１の電気特性を検査するための測定ステージ１２を示す斜視図である。 モジュール１がセットされた測定ステージ１２を示す図である。 図４のＢ−Ｂ断面を示す図であり、端子部２ｂにおける制御端子４とコンタクトピン１２４との関係を示している。 保護ソケットを説明する図であり、（ａ）は保護ソケット１３を示す図で、（ｂ）は保護ソケット１４を示す図である。 モジュール１の比較例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図であり、（ａ）はモジュール１の斜視図で、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 図８に示すモジュール１の変形例を示す断面図であり、（ａ）は第１の変形例を示し、（ｂ）は第２の変形例を示す。 成型型２３の一部を示す図である。 測定ステージ３２の斜視図である。 モジュール１がセットされた測定ステージ３２を示す図である。 図１２のＤ−Ｄ断面図である。

符号の説明

１ モジュール
２ ケース
２ａ 蓋
２ｂ 端子部
３ａ〜３ｅ 主端子
４ 制御端子
４ａ 階段状部
４ｂ 水平部
５ シリコンゲル
６，２０，２１，１２４，３２３ 孔
８ 半導体素子
１２，３２ 測定ステージ
１３，１４ 保護ソケット
２２ 保持部
１２３，３２４ コンタクトピン

Claims (5)

1. ケース内に密封された半導体素子と、一部が前記ケースの表面から突出するように前記ケース内に埋め込まれ、前記半導体素子に電気的に接続された端子ピンとを備える半導体装置において、
   前記ケースの外表面から前記端子ピンの前記ケース内に埋め込まれた部分に達する孔を設けたことを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記孔を戦記端子ピン毎に設けたことを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置において、
   前記孔の外表面側開口を、前記ケースの端子ピン突出面を除く外表面であって前記端子ピンの周面と最も遠い面に形成したことを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記端子ピンを挟んで前記孔と反対側に、前記端子ピンの変形を防止する部材を設けたことを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記ケース内において前記半導体素子をゲル封止材で封止し、前記端子ピンの前記孔に露出する面の鉛直方向位置を前記ゲル封止材の上面よりも高くしたことを特徴とする半導体装置。

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